CN114248508B - 一种厨具用覆铝板带及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种厨具用覆铝板带及其生产方法，其包括至少一层铝带和至少两层钢带，且，铝带上下表面被钢带包覆，所述钢带化学成分重量百分比为：C：0.0015‑0.005％，Si：0.001‑0.005％，Mn：0.25‑0.50％，P≤0.012％，S≤0.006％，Al：0.001‑0.005％，N：0.004‑0.012％，B：0.0005‑0.002％，O：0.01‑0.05％，V：0.01‑0.03％，Mo：0.01‑0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；且同时满足，N≥1.4B+0.6Al，V‑1.93(N‑1.4B‑0.6Al)≥3.65C。本发明覆铝板带既具有钢的强度，又具有铝散热好及轻便特性，并具有良好的覆铝和拉深性能，其抗拉强度≥320MPa，延伸率≥28％，渗氮处理后强度无明显降低，满足厨具生产中渗氮处理要求，可以用于炒锅等新型厨具的生产加工。

Description

一种厨具用覆铝板带及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢制造领域，具体涉及一种厨具用覆铝板带及其生产方法。

背景技术

随着使用要求的提高，单一材质的材料难以满足实际使用过程中多方面性能的要求。选择多种金属材料通过各种不同工艺制备的复合板材综合了多种金属的优点，从而能够满足工程应用的需求。覆铝板带是在室温条件下通过轧制将铝层覆在带钢表面形成表面为铝、基体为钢的复合板带，其既有钢的强度，同时具有铝好的散热性、耐蚀、轻便及美观特性，特别是大幅度降低了成本，目前在散热器片、耐蚀管道、家电面板等领域已经获得广泛应用。

中国专利CN101660087公开了“一种铝钢铝复合材料及其制备方法”，其将铝和钢表面处理后分别冷轧为高精度铝带和钢带，随后再次冷轧为高精度的铝钢铝复合带，并在650～850℃温度下进行1～4小时的退火处理。由于铝的熔点约为640℃，在如此高的温度下退火，严重恶化了钢铝的界面结合强度。该专利不能满足覆铝板带的性能及表面质量要求。

中国专利CN102019727公开了“冷却器用覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带”，该专利主要涉及用于散热的覆铝钢带及其所用基板，单道次压下率58-62％。其结构形式为钢-铝，厚度约1.5mm，其中铝膜厚度50-80μm。

中国专利CN107881410A“一种散热效果优良的覆铝板带及其生产方法”(专利号)和中国专利CN108796384A“一种易冲压加工的高表面质量覆铝板带及其生产方法”，两个专利所涉及的覆铝材主要用于散热器片、家电面板等生产，生产过程中不涉及渗氮处理。常规的覆铝板带渗氮处理后强度显著降低，在生产锅具的翻边过程中易导致锅具变形。

现有的钢铝覆合带材或是钢铝结合性能较差，或是为钢铝或钢铝钢结构，其中铝层的厚度多在100μm以下，占覆铝材总厚度的比值多在20％以下甚至更低。主要用于散热器片、家电面板、食品托盘等领域，主要利用铝的散热系数高的特点。覆铝板带应用于厨具领域，采用钢-铝-钢结构的新型炒锅既有钢的强度，同时具有铝散热好的特点，从而避免了铁质炒锅散热不均、易于糊锅的问题，并且更加轻便。制造炒锅用的钢-铝-钢结构覆铝板带，不仅要求具有良好的覆铝性能，还要满足渗氮要求，经580℃的渗氮处理后仍具有足够的强度，但是目前的覆铝产品难以做到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厨具用覆铝板带及其生产方法，该覆铝板带具有良好的钢铝结合性能、冲压拉伸性能，并且表面质量良好，其抗拉强度≥320MPa，延伸率≥28％，经渗氮处理后强度无明显降低，适用于炒锅等厨具的生产，具有轻便、渗氮性能和散热性能好等特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种厨具用覆铝板带，其包括至少一层铝带和至少两层钢带，且，铝带上下表面被钢带包覆，所述钢带化学成分重量百分比为：C：0.0015-0.005％，Si：0.001-0.005％，Mn：0.25-0.50％，P≤0.012％，S≤0.006％，Al：0.001-0.005％，N：0.004-0.012％，B：0.0005-0.002％，O：0.01-0.05％，V：0.01-0.03％，Mo：0.01-0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；且同时满足，N≥1.4B+0.6Al，V-1.93(N-1.4B-0.6Al)≥3.65C。

优选的，所述覆铝板带为钢-铝-钢结构的覆合板带。

优选的，所述覆铝板带中铝带厚度为覆铝板带厚度的40～60％。

优选的，所述钢带的屈服强度≤280MPa、抗拉强度≤380MPa，延伸率≥30％。

本发明所述覆铝板带的抗拉强度≥320MPa，延伸率≥28％。

钢板一般通过固溶强化，析出强化、位错强化和晶界强化等手段提高强度。本发明所用钢带的屈服强度≤280MPa、抗拉强度≤380MPa，延伸率≥30％，并具有良好的钢铝结合性能及冲压拉深性能，适应渗氮处理，表面质量优良，为此必须尽量限定特定合金元素的含量。

在本发明所述覆铝板带的化学成分设计中：

C通过固溶强化会使屈服强度升高，延伸率降低，对材料后续的冲压、拉深等加工性能不利；同时较高的C易在位错等缺陷位置偏聚，对表面质量不利。根据实际的炼钢工艺，应尽可能降低其含量，所以控制C含量为0.0015-0.005％。

Si为脱氧元素，也是固溶强化元素，使屈服强度升高、延伸率降低，虽然适量的Si有利于改善钢铝界面结合性能，但同时会削弱O(氧)对钢铝界面脆性化合物层形成的抑制作用，所以控制Si含量为0.001-0.005％。

Mn也是钢中常见的强化元素，通过固溶强化提高屈服强度，使延伸率降低；适量的Mn能够与钢中的S结合生成MnS，减低钢的热脆性，但过高的Mn固溶阻碍组织的回复并抑制再结晶晶粒的长大，降低γ织构(N D∥<111>)强度，对钢板的冲压成形不利，同时增加成本，所以其含量控制在0.25-0.50％。

较高的P引起钢的“冷脆”，使塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差，且较高的P对钢铝界面结合不利，所以应尽量降低钢中P的含量，要求P含量控制在0.012％以下。

S对钢的性能不利，易引发钢的“热脆性”，降低钢的低温韧性，同时恶化钢铝界面结合性能。Mn的加入能够与S形成MnS，提高Mn/S比能够提高热延展性，要求控制S含量在0.006％以下。

Al是钢种重要的脱氧元素，但较高的Al易扩散到钢铝结合界面，恶化界面结合强度；同时渗氮处理时Al容易与N在钢板表面形成AlN，阻碍N原子向钢板的渗透，影响表面渗氮层的形成。所以必须控制其含量在一定范围内，所以控制Al含量为0.001-0.005％。

B是钢中极为活泼的元素，易与C、N形成化合物。同时B易于在奥氏体晶界及位错处偏聚，从而能够抑制其它间隙原子在此处的偏聚作用。而且B的偏聚不阻碍位错运动，使得应变均匀。但过高的B易促进淬透性的提高导致强度过高降低冲压性能，所以限定B的含量0.0005-0.002％。

N能够与钢中的Al形成AlN颗粒，从而起到束缚Al的作用，限制Al在钢中的扩散；同时N与C类似，易于在位错处偏聚形成柯氏气团，导致应变集中，使得覆铝材在加工过程中产生应变不均匀现象，影响表面质量，而且过高的N也恶化冲击韧性，所以控制其含量0.004-0.012％。同时要求N与B、Al的含量满足N≥1.4B+0.6Al。

氧(O)元素能够抑制钢中Al元素对覆铝性能的不利作用，所以要求适当添加一定的O元素。但过高的氧会产生皮下气泡，疏松等缺陷，并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将会以氧化物的形式大量析出，降低钢的塑性、冲击韧性等。所以限制其含量为0.01-0.05％。

Mo缩小奥氏体区，具有相变强化和位错强化作用。Mo能够提高Nb、V和Ti在钢中的溶解度。Mo以碳化物和固溶的形式存在于钢中，碳化物类型包括MC、M₂C、M₂₃C₆和M₆C等，这些碳化物在基体中析出具有析出强化作用；以固溶形式存在钢中时，进一步产生固溶强化作用。适量的Mo有利于阻止渗氮处理时材料强度的降低，并提高表面渗氮层的硬度。但较高的Mo增加制造成本，所以限定其含量为0.01-0.03％。

V是强的碳氮化合物形成元素，可在相变过程中析出。V所形成的碳氮化物V₄C₃析出温度低于Ti的碳氮化物，具有阻碍位错运动、抑制晶界移动及晶粒长大的作用。V与C、N以及钢种的其它微合金元素共同作用，在中低温热处理时具有良好的析出强化效果。特别是V(C，N)析出温度一般不超过700℃，且温度越低析出越细，强化效果越好，从而保证了覆铝板带渗氮处理后仍具有很好的强度。N与钢中的B、Al优先形成BN和AlN，V的加入一方面是与钢种剩余的N形成VN，同时利用V的C、N化物析出强化，从而保证渗氮处理时强度无明显降低。V含量较高时形成粗大的碳氮化物颗粒，显著恶化焊接热影响区的冲击韧性。所以限定其成分0.01-0.03％，并满足与C、N、B、Al的关系式：V-1.93(N-1.4B-0.6Al)≥3.65C。

本发明覆铝板带的钢带，要求良好的塑性以满足钢铝覆合轧制，在保证覆铝性能基础上满足大变形、拉深加工及渗氮处理要求。

本发明通过控制钢中Si、Al和O的含量，抑制钢铝界面脆性化合物的形成。

N与钢中残留的Al结合，限制了Al在钢中的扩散，进一步改善覆铝性能。

限定C含量在0.005％以下，一方面避免强度的提高，另一方面结合B的加入限定了C、N原子在晶界的分布，减少C、N在位错处的偏聚，改善表面质量和拉深性能。

Mo能够在钢中固溶并形成多种类型的碳化物，V能够与C和剩余的N形成化合物，并在中低温时析出，Mo和V这两种元素的加入保证了渗氮处理材料的强度。总体上，采用上述要求的成分体系，能够获得满足要求的覆铝基板用钢。

此外，本发明所述覆铝板带要求控制钢铝层的厚度比，其中铝带厚度占覆铝板带厚度的40-60％，铝带的存在一方面提高了导热系数，使得用其制作的锅具具有良好的温度均匀性，避免了锅具的局部过热；同时使得锅具更加轻便，更易于使用。铝属于较贵重的合金材料，铝带太厚，会提高制备锅具的成本，性价比降低，不利于市场的推广应用。

本发明所述的厨具用覆铝板带的生产方法，包括如下步骤：

1)铝带、钢带覆合表面清理、打磨；

2)轧制

铝带、钢带在室温下覆合轧制形成覆铝板带，单道次轧制变形量≥55％；

3)退火

覆铝板带轧制后采用罩式炉退火，退火温度T＝500～560℃，退火时间8～10h，具体过程为：

在罩式炉加热条件下升温至T+(10～20)℃进行保温，保温时间30～40min；保温结束后随炉冷却至T℃进行退火；退火结束后在40-60min内水冷至180～200℃，最后随炉冷却至80℃以下出炉；

4)精整矫直。

优选的，步骤1)中所述表面清理包括酸洗、脱脂及烘干。

优选的，步骤1)中所述打磨采用砂带或砂轮，打磨方向平行于轧制方向。

优选的，步骤2)中，所述轧制为1道次或2道次。

在本发明所述覆铝板带的生产方法中：

生产过程的表面清理包括必要的酸洗、脱脂及烘干，以去除钢带表面的油污、锈蚀等缺陷。打磨是为了提高覆合面的粗糙度并露出新鲜的基体金属以提高钢与铝的机械结合强度。可以采用砂带或砂轮进行打磨，打磨方向平行于轧制方向。

钢铝在室温下进行轧制，要求单道次轧制变形55％以上。制备覆铝板带时根据钢带及铝带的规格经过1-2道次轧制到所需厚度的钢-铝-钢结构的覆铝板带，变形量较低时轧制道次增加，需要反复的上料、穿带，生产时间长、生产效率低、成本高；且变形量过低会直接导致钢铝分层。而一道次轧制效率高，但轧制载荷大，对设备要求高，具体选择1道次还是2道次完成轧制可以根据设备能力及成品规格确定。

退火的目的一方面在于消除轧制过程产生的加工硬化，提高覆铝板带的塑性并降低强度；另一方面钢铝界面原子在退火过程中相互扩散，从轧制时的机械结合过渡到冶金结合，进一步提高界面结合强度。

退火温度控制在500-560℃，退火温度较低将大幅度增加退火时间，降低生产效率并增加生产成本。而退火温度超过560℃将使得覆铝板带表面的铝层晶粒迅速长大，并促进铁铝化合物形成，降低钢铝界面结合强度，易产生钢铝分层。

为了降低退火成本，缩短退火保温时间，本发明退火采用过热式退火工艺，即在加热阶段将炉内温度升高到设定的退火温度以上并保持一定的时间，随后再降低到正常的退火温度进行退火，具体加热过程如图1所示。整个退火过程分为升温段、过热保温段、保温段和降温段。在升温段，退火炉加热到保温温度以上10～20℃后保温30～40min(此为过热保温段)，随后罩式炉功率降至零开始降温，降低到设定的退火温度后进入正常退火保温段，总保温时间8-10h。退火保温结束后，向退火炉内壳喷水在40-60min内冷却到180-220℃，随后随炉缓慢冷却到80℃以下出炉。

退火时间过短，将使得钢卷局部存在保温时间不够，导致冷轧变形的铁素体无法充分回复、再结晶，带钢延伸率偏低，塑性难以满足后续加工要求；同时局部存在钢铝原子扩散不充分，钢铝结合强度偏低问题。而退火时间过长，将增加热处理成本，降低生产效率。通过适当短时提高退火过热度，可以有效提高温度传递系数，促进炉内热量的传播，使得钢卷在更短时间内实现温度的均匀性。所以采用本发明所述的退火工艺，可以缩短退火时间，降低退火成本，提高生产效率。

通常的罩式炉退火过程中，一般是温度达到设定的退火温度后即进入退火保温阶段。本发明所采用的过热式退火是在升温段将炉内温度提高到保温温度以上的某个温度点(本发明要求过热10-20℃)，随后温度回落到退火保温温度。过热式退火的益处在于使得覆铝卷内外温度在短时间内均匀，缩短退火保温时间。覆铝卷正常的退火保温时间约15-18h，采用过热式退火可以将退火保温时间缩短到8-10h，从而提高生产效率，降低退火成本。

退火后的覆铝卷需要进行精整，一方面是改善板形同时切边，另一方面通过微压下进一步提高表面表面质量。

采用本发明方法生产的厨具用覆铝板带抗拉强度≥320MPa，延伸率≥28％，同时具有良好的钢铝界面结合强度和冲压拉伸加工性能，并具有高表面质量，渗氮处理后强度无明显降低，适用于制作有渗氮处理的厨具。

本发明具有如下优点：

1.本发明覆铝板带中钢带采用极低的C-Si-Mn设计，辅以合适的C、N、Al、B、Mo、V和O等成分设计，使钢带具有优良的综合力学性能，屈服强度不超过280MPa，抗拉强度不超过380MPa，延伸率超过30％，保障了钢带与铝带具有良好的界面结合特性。

2.本发明覆铝板带所用钢带通过限定Al的含量并添加适量的V和Mo，制备的覆铝板带具有良好的渗氮特性，高温渗氮处理后仍具有较高的强度，在厨具加工时有利于样件不易变形，并保持更好的椭圆度。

本发明通过上述成分设计钢带及工艺控制，制备得到覆铝板带的抗拉强度在320MPa以上，同时延伸率A50％在28％以上，塑性优良。

3.本发明采用过热式退火工艺，先将覆铝板带加热到退火温度以上进行保温处理，并且严格控制退火温度及冷却速度，一方面保证铁素体充分回复、再结晶，提升延伸率，使其塑性满足后续加工要求；另一反面可以提高钢铝界面结合强度，同时缩短退火时间，降低覆铝板带的生产成本。

4.通过本发明所述方法生产的覆铝板带具有优良覆铝性能、冲压拉深加工性能及良好的表面质量，表面无条纹缺陷，渗氮处理后强度无明显降低，适用于诸如炒锅等炊具的生产加工，具有散热好、轻便等特点。

5.本发明覆铝板带通过钢-铝-钢结构设计，铝带厚度占覆铝板带厚度的40-60％，使覆铝板带既具有钢的强度，又有铝的轻便、散热性能好的特点。中间铝层的存在，降低了锅具的整体重量，降低劳动强度；同时铝层提高了锅具的导热性能，提高了锅具的温度均匀性，使用过程中避免了常规铁锅的局部过热问题，提高了烹饪质量，改善了人体的饮食健康。

本发明在成分及结构设计的基础上，采用过热式退火工艺，显著提高覆铝板带延伸率，使其满足锅具加工的要求，制备得到的锅具具有良好的渗氮特性，渗氮处理后能够在锅具表面形成一层硬度达到500Hv的渗氮层，从而显著提高锅具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述覆铝板带生产方法实施例的退火工艺示意图。

图2为本发明所述覆铝板带实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

按照本发明涉及覆铝板带的钢带化学成分要求，选择不同规格的钢带1及铝带2经表面清理、打磨后进行室温轧制、退火后得到钢-铝-钢覆铝板带。覆铝基板的化学成分见表1，具体工艺参数见表2，板带厚度1.0-2.5mm，其中铝层厚度0.4-1.5mm，成品性能见表3。

参见图2，其所示为本发明所述覆铝板带实施例的结构示意图，在本实施例中，覆铝板带为钢-铝-钢结构。

采用本发明所述的成分及工艺制备出的覆铝板带抗拉强度超过320MPa，延伸率在30％以上。钢铝界面结合性能优良，并具有良好的冲压拉深加工性能，特别是渗氮处理后强度无明显降低，且表面质量优良，适用于有渗氮处理的厨具制作。

Claims (9)

1.一种厨具用覆铝板带，其包括至少一层铝带和至少两层钢带，且，铝带上下表面被钢带包覆，所述钢带化学成分重量百分比为：C：0.0015-0.005％，Si：0.001-0.005％，Mn：0.25-0.50％，P≤0.012％，S≤0.006％，Al：0.001-0.005％，N：0.004-0.012％，B：0.0005-0.002％，O：0.01-0.05％，V：0.01-0.03％，Mo：0.01-0.03％，其余为Fe和不可避免杂质；且同时满足，N≥1.4B+0.6Al，V-1.93(N-1.4B-0.6Al)≥3.65C。

2.如权利要求1所述的厨具用覆铝板带，其特征是，所述覆铝板带为钢-铝-钢结构的覆合板带。

3.如权利要求1或2所述的厨具用覆铝板带，其特征是，所述覆铝板带中铝带厚度为覆铝板带厚度的40～60％。

4.如权利要求1所述的厨具用覆铝板带，其特征是，所述钢带的屈服强度≤280MPa、抗拉强度≤380MPa，延伸率≥30％。

5.如权利要求1～4任一项所述的厨具用覆铝板带，其特征是，所述覆铝板带的抗拉强度≥320MPa，延伸率≥28％。

6.如权利要求1～5中任何一项所述的厨具用覆铝板带的生产方法，其特征是，包括如下步骤：

1)铝带、钢带覆合表面的清理、打磨；

2)轧制

铝带、钢带在室温下覆合轧制形成覆铝板带，单道次轧制变形量≥55％；

3)退火

轧制后的覆铝板带采用罩式炉退火，退火温度T＝500～560℃，退火时间8～10h，具体过程为：

在罩式炉加热条件下升温至T+(10～20)℃进行保温，保温时间30～40min；保温结束后随炉冷却至T℃进行退火；退火结束后在40-60min内水冷至180～200℃，最后随炉冷却至80℃以下出炉；

4)精整矫直。

7.如权利要求6所述的厨具用覆铝板带的生产方法，其特征是，步骤1)中所述表面清理包括酸洗、脱脂及烘干。

8.如权利要求6所述的厨具用覆铝板带的生产方法，其特征是，步骤1)中所述打磨采用砂带或砂轮，打磨方向平行于轧制方向。

9.如权利要求6所述的厨具用覆铝板带的生产方法，其特征是，步骤2)中，所述轧制为1道次或2道次。